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25亿年前陆地的迅速出现和现代水文循环的开始gydF4y2Ba

自然gydF4y2Ba体积gydF4y2Ba557gydF4y2Ba，gydF4y2Ba页面gydF4y2Ba545 - 548 (gydF4y2Ba2018gydF4y2Ba）gydF4y2Ba引用本文gydF4y2Ba

主题gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

大陆地壳生长的历史是不确定的，已经提出了几种不同的模型，包括逐渐的、减速的或逐步的过程gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．更不确定的是大多数海面上陆块(陆上陆块)出现的时间和长期趋势，估计在大约10亿到30亿年前gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba．浮出地壳的面积影响着全球气候反馈和海洋营养物质的供应gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，从而将地壳演化与地表环境条件联系起来gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba．在这里，我们使用了横跨37亿年的所有大陆页岩的三氧同位素组成，以限制大陆随时间的出现。我们的测量结果表明，在太古宙-元古代边界上，页岩的平均三氧同位素值每千层逐级下降0.08。我们认为，我们的数据最好的解释是水-岩石相互作用性质的转变，从太古代的近海岸到元古代的主要大陆，伴随着平均表面温度的下降。我们认为，这一转变可能与现代水文循环的开始相吻合，因为大约25亿年前，大陆地壳迅速出现，其平均海拔和空中范围接近现代。gydF4y2Ba

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图1:古代和现代陆地物质的三氧同位素系统。gydF4y2Ba
图2页岩氧同位素组成随时间变化。gydF4y2Ba
图3:太古代和元古代世界的概念古地层学。gydF4y2Ba

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  60. Mukhopadhyay, J.等。印度最古老绿岩的年代测定:Singhbhum克拉通南部铁矿群英安岩熔岩的3.51 ga精确U-Pb SHRIMP锆石年龄。gydF4y2Baj .青烟。gydF4y2Ba116gydF4y2Ba， 449-461(2008)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  61. 西格陵兰岛3.8-3.7 Ga Isua绿岩带的原岩。gydF4y2BaPrecambr。Res。gydF4y2Ba105gydF4y2Ba， 129-141(2001)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  62. 刘大勇，Nutman, a.p, Compston, W.，吴建生，沈庆华。中朝克拉通中国部分≥3800 Ma地壳残余。gydF4y2Ba地质gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba， 339-342(1992)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  63. Retallack, G. J. & Krull, E. S.南极洲天狼星群的新近纪古土壤。gydF4y2Ba美国南极J。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba， 10-14(1997)。gydF4y2Ba

    谷歌学者gydF4y2Ba

  64. 贝尔，M. A. & Haglund . T. R.中新世棘鱼的精细尺度时间变化gydF4y2BaGasterosteus doryssusgydF4y2Ba．gydF4y2Ba古生物学gydF4y2Ba8gydF4y2Ba， 282-292(1982)。gydF4y2Ba

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下载参考gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项工作得到了美国国家科学基金会(NSF)拨款EAR1447337和俄勒冈大学的支持。NSF拨款EAR1502591资助。A.B.获得了美国国家科学与工程研究委员会(NSERC)的发现和加速器资助。感谢P. Hoffman, S. Mertanen和D. Evans关于前寒武纪古地理和环境变化的讨论;K. Johnson公司提供真空管道技术帮助;以及O. Melnik在编程方面的帮助。gydF4y2Ba

审核人信息gydF4y2Ba

自然gydF4y2Ba感谢C. Hawkesworth和其他匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

作者及隶属关系gydF4y2Ba

  1. 美国俄勒冈大学尤金分校地球科学系gydF4y2Ba

    I. N.宾德曼，D. O.扎哈罗夫，J.帕兰德里，G. J.雷塔拉克gydF4y2Ba

  2. 日内瓦大学地球科学系，瑞士日内瓦gydF4y2Ba

    n·d·格雷伯gydF4y2Ba

  3. 起源实验室，地球物理科学系和恩里科费米研究所，芝加哥大学，芝加哥，伊利诺伊州，美国gydF4y2Ba

    n道法斯gydF4y2Ba

  4. 南非奥克兰公园约翰内斯堡大学地质系gydF4y2Ba

    A.霍夫曼和A.贝克gydF4y2Ba

  5. 美国加州克莱蒙特波莫纳学院地质系gydF4y2Ba

    J. S.跟班gydF4y2Ba

  6. 美国加州大学河滨分校地球科学系gydF4y2Ba

    答:BekkergydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba
  1. 宾德曼gydF4y2Ba
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  2. 扎哈罗夫gydF4y2Ba
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  3. j . PalandrigydF4y2Ba
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  4. n·d·格雷伯gydF4y2Ba
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  5. n道法斯gydF4y2Ba
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    您也可以在gydF4y2BaPubMedgydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  6. G. J. RetallackgydF4y2Ba
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  7. 答:霍夫曼gydF4y2Ba
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  8. J. S.跟班gydF4y2Ba
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  9. 答:BekkergydF4y2Ba
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贡献gydF4y2Ba

I.N.B.构思了这项研究并撰写了论文;D.O.Z、J.P.和i.n.b建造了净化线并收集了数据;N.D.G.和N.D.提供了以前研究过的钛同位素复合页岩样品;a.b.、A.H.和G.J.R.提供了样品;J.S.L.进行了主元素和微量元素分析;I.N.B.和N.D.讨论了反演方法，I.N.B.实现了模型;D.O.Z.对统计处理作出了贡献;a.b.， n.d.， N.D.G.和G.J.R.对前寒武纪环境和地壳演化的讨论做出了贡献。所有作者都对论文的写作和编辑做出了贡献。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba宾德曼gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

道德声明gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明没有利益竞争。gydF4y2Ba

额外的信息gydF4y2Ba

出版商的注意:gydF4y2Ba施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba

扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba

图1所研究页岩的同位素和关键元素比值对比，说明了风化作用下裸露地壳组成的相对稳定性，特别是暴露的基性岩与硅质岩的比例。gydF4y2Ba

看，例如，裁判gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba33gydF4y2Ba．的δgydF4y2Ba49gydF4y2BaTi数据来自ref。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba该研究使用了一个大型数据集，其中包括本文研究的许多样本。元素数据来自扩展数据表gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba和裁判。gydF4y2Ba14gydF4y2Ba．暴露地壳成分的变化不能解释我们在这里发现的氧同位素趋势。gydF4y2Ba

图2本研究样本的分布密度图。gydF4y2Ba

数据来自图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

扩展数据图3 δ′的计算gydF4y2Ba18gydF4y2BaO和Δ 'gydF4y2Ba17gydF4y2Ba页岩风化产物O值。gydF4y2Ba

解决三个未知数的系统(例如，变化的温度和Δ的值)。gydF4y2Ba17gydF4y2BaO和δ 'gydF4y2Ba18gydF4y2Ba在三个方程(补充信息方程(1)、(5)和(6))中，O沿MWL)遵循以下步骤:补充信息方程(1)、(5)和(6)的结果依次相互替换，直到剩下一个未知数。这就得到了一个关于温度的函数(gydF4y2BaTgydF4y2Ba，单个参数)求解:gydF4y2BaygydF4y2Ba= 0 = 36.323gydF4y2BaTgydF4y2Ba−23.33gydF4y2BaTgydF4y2Ba2gydF4y2Ba+ 0.00264gydF4y2BaTgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba−1.38 × 10gydF4y2Ba7gydF4y2Ba．这是一个三阶多项式方程有三个根;我们在一个实际的温度范围内求解根，以得到温度和δgydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba．从MWL上的一点开始的蓝色凹曲线显示了页岩和水之间的同位素分馏以及指示的平衡温度。灰色曲线表示使用CIA计算的指定比例的碎屑和风化产物之间的混合线。gydF4y2Ba

图4评价重建δ的敏感性gydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba和温度值变化的输入参数。gydF4y2Ba

我们在这里展示了改变页岩中石英(Q)的比例(±20%)、CIA(±10单位)和Δ '的影响。gydF4y2Ba17gydF4y2BaO (D170)(±0.01‰)，后者由于硅化等原因而自然发生。gydF4y2Ba

图5计算温度δgydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba和ΔgydF4y2Ba17gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba根据页岩年龄绘制的数值。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,δgydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba和年龄;gydF4y2BabgydF4y2Ba，温度与年龄的关系;gydF4y2BacgydF4y2Ba,ΔgydF4y2Ba17gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba和年龄;gydF4y2BadgydF4y2Ba,δgydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba与温度。这些值是基于三个方程的解和三个输入参数:δ 'gydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2Ba页岩gydF4y2Ba,δgydF4y2Ba17gydF4y2BaOgydF4y2Ba页岩gydF4y2Ba石英的比例(见扩展数据图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．灵敏度分析在扩展数据图中提供。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．大多数测量得到了求解的根(符号中加号);当方程无法求解时，输入参数的微小变化(扩展数据表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)让我们找到根源。特别是二次硅化的校正(见扩展数据表)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)通过减少Δ’gydF4y2Ba17gydF4y2BaOgydF4y2Ba页岩gydF4y2Ba沿着硅化线增加0.01‰到0.08‰，除了两个案例外，其他案例都能找到根。注意，总体计算δgydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba温度范围与钻孔中测量的地表、成岩、盆地和孔隙水的现代和最新值一致gydF4y2Ba21gydF4y2Ba．还要注意水-岩相互作用温度(风化作用)和δ的绝对计算值gydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba依赖于扩展数据图中假设的同位素分馏。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba；然而，给定这些值在现实范围内求解，ref。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba和ref中定义的MWL。gydF4y2Ba17gydF4y2Ba可能在绝对的三氧同位素空间中得到很好的约束和校准。最低的δgydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba对来自南极洲的近期粘土样品和2.5 ~ 2.2 gyr -old同冰期古元古代页岩进行了温度和温度的计算，证实了低-δ的参与gydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BawgydF4y2Ba成岩作用中的同冰期水，如前所述gydF4y2Ba14gydF4y2Ba．最近的最高温度和δgydF4y2Ba18gydF4y2BaOgydF4y2BaWgydF4y2Ba值为古新世-始新世(5500万年)页岩热最大值(参考文献)。gydF4y2Ba34gydF4y2Ba及扩展数据表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaggydF4y2Ba中计算的参数的四分位范围统计数据和运行平均值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

图6石英/水、伊利石/水和大块页岩/水gydF4y2Ba18gydF4y2BaO /gydF4y2Ba16gydF4y2BaO分馏因子。gydF4y2Ba

石英/水和伊利石/水1000 lnα (gydF4y2Ba18gydF4y2BaO /gydF4y2Ba16gydF4y2BaO)分馏因子基于参考gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba35gydF4y2Ba．页岩/水1000 lnα (gydF4y2Ba18gydF4y2BaO /gydF4y2Ba16gydF4y2BaO)分馏因子基于大块页岩中含有70%伊利石和30%石英的假设(即Q = 0.3)。蓝线(石英/水分馏)对应于参考文献中的补充资料方程(2)和方程(9)。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba．绿线(用于伊利石/水分馏)是基于文献35中包含三个拟合系数的方程，具有两个拟合系数的最佳拟合二阶多项式。我们利用这些系数求解了根据石英比例(通过x射线衍射确定;扩展数据表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

扩展数据图7化学蚀变指数(CIA)随时间的变化。gydF4y2Ba

美国中央情报局gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba/ (AlgydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba+ CaO + NagydF4y2Ba2gydF4y2BaO + kgydF4y2Ba2gydF4y2BaO)gydF4y2Ba摩尔gydF4y2Ba．数据取自此工作(三角形)，参考。gydF4y2Ba14gydF4y2Ba(菱形)和文献数据(圆)。gydF4y2Ba

表1页岩样品的三氧同位素分析gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba
表2选定研究页岩的定量XRD数据gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba
扩展数据表3本研究样品的新XRF分析gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

补充信息gydF4y2Ba

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宾德曼，I.N，扎哈罗夫，d.o.，帕兰德里，J。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba25亿年前陆地的迅速出现和现代水文循环的开始。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba557gydF4y2Ba， 545-548(2018)。https://doi.org/10.1038/s41586-018-0131-1gydF4y2Ba

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